三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，包括电压传感器组和电流传感器组，以及微处理器模块和与微处理器模块相接且用于与计算机连接并通信的USB通信模块；电压传感器组包括A相电压传感器、B相电压传感器和C相电压传感器，电流传感器组包括A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器，微处理器模块的输入端接有A相功率因数检测电路、B相功率因数检测电路、C相功率因数检测电路、A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路。本实用新型专利技术电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，工作可靠性高，功能完备，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机械量测量
，具体涉及一种三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路。
技术介绍
负载转矩是旋转动力机械的重要工作参数，并已经成为机械量测量中一个重要组成部分。而且在机械系统中出现的振动，干扰等不正常行为都可以通过电机输出轴上的负载转矩变化体现出来。比如齿轮啮合过程中产生的震动会以固定频率影响电机负载转矩的变化。因此若能准确、可靠、方便地测出电机实时的负载转矩值，这将有利于对旋转动力机械进行实时监控和故障分析。目前，测量负载转矩的方式是利用测量输出轴的机械变形来测量输出轴的负载转矩，其所需要的设备传感器安装方式复杂，对安装空间和操作人员的要求较高。在煤矿综采工作面对采煤机滚筒进行转矩监控时，没有足够的空间将采用机械方法的扭矩测量设备安装上去。以MG100-TP型单滚筒采煤机为例，其滚筒直径540mm，切割速度2.96m/min，需选用10kN.m的扭矩传感器，其安装长度大概为0.7m，对滚筒轴设计影响较大。因此，只能在采煤机设计时留有足够的空间，这样就加大了设计难度。另外，现有技术中，三相异步电机功率因数与负载转矩的测量也是各自由独立的装置测量的，集成度低，且缺乏电路结构简单、工作可靠性高、测量精度高的功率因数测量装置。为了解决以上问题，有人提出了通过检测三相异步电机的输入相电流和相电压，来通过计算机计算测量三相异步电机负载转矩及功率因数的方法，具体地，负载转矩的计算方法为：首先，根据公式和公式计算得到两相静止坐标系下的电压分量uα和电压分量uβ，并根据公式和公式计算得到两相静止坐标系下的电流分量iα和电流分量iβ，其中，uA为三相异步电机的A相输入电压，uB为三相异步电机的B相输入电压，uC为三相异步电机的C相输入电压，iA为三相异步电机的A相输入电流，iB为三相异步电机的B相输入电流，iC为三相异步电机的C相输入电流，然后，根据公式Mem＝np[iβ∫(uα-Rsiα)dt-iα∫(uβ-Rsiβ)dt]计算得到电磁转矩Mem，其中，Rs为三相异步电机定子的电阻，np为三相异步电机的极对数，t为时间，最后，根据公式M＝Mem-M0计算得到三相异步电机负载转矩M，其中，M0为空载转矩；功率因数的计算方法为：根据公式计算得到角度φA，再根据公式cosθA＝cos(90°-φA)计算得到三相异步电机的A相功率因数cosθA；根据公式计算得到角度φB，再根据公式cosθB＝cos(90°-φB)计算得到三相异步电机的B相功率因数cosθB；根据公式计算得到角度φC，再根据公式cosθC＝cos(90°-φC)计算得到三相异步电机的C相功率因数cosθC，其中，T为对uA、uB、uC、iA、iB和iC进行周期性检测的检测周期，τA为A相输入电压uA与A相输入电流iA过零点的时间差，τB为B相输入电压uB与B相输入电流iB过零点的时间差，τC为C相输入电压uC与C相输入电流iC过零点的时间差。但是，现有技术中还缺乏结构简单、设计合理、实现方便且成本低、使用操作方便、工作可靠性高、实用性强、使用效果好的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，其电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，工作可靠性高，功能完备，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，其特征在于：包括电压传感器组和电流传感器组，以及微处理器模块和与微处理器模块相接且用于与计算机连接并通信的USB通信模块；所述电压传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电压进行检测的A相电压传感器、用于对三相异步电机的B相输入电压进行检测的B相电压传感器和用于对三相异步电机的C相输入电压进行检测的C相电压传感器，所述A相电压传感器与三相异步电机的A相绕组并联，所述B相电压传感器与三相异步电机的B相绕组并联，所述C相电压传感器与三相异步电机的C相绕组并联，所述电流传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电流进行检测的A相电流传感器、用于对三相异步电机的B相输入电流进行检测的B相电流传感器和用于对三相异步电机的C相输入电流进行检测的C相电流传感器，所述A相电流传感器接在三相异步电机的A相绕组与电源的A相线之间，所述B相电流传感器接在三相异步电机的B相绕组与电源的B相线之间，所述C相电流传感器接在三相异步电机的C相绕组与电源的C相线之间，所述微处理器模块的输入端接有A相功率因数检测电路、B相功率因数检测电路、C相功率因数检测电路、用于对A相电压传感器输出的电压信号和A相电流传感器输出的电流信号进行放大和滤波调理的A相信号调理电路，用于对B相电压传感器输出的电压信号和B相电流传感器输出的电流信号进行放大和滤波调理的B相信号调理电路，以及用于对C相电压传感器输出的电压信号和C相电流传感器输出的电流信号进行放大和滤波调理的C相信号调理电路；所述A相电压传感器的输出端和A相电流传感器的输出端均与A相功率因数检测电路的输入端和A相信号调理电路的输入端连接，所述B相电压传感器的输出端和B相电流传感器的输出端均与B相功率因数检测电路的输入端和B相信号调理电路的输入端连接，所述C相电压传感器的输出端和C相电流传感器的输出端均与C相功率因数检测电路的输入端和C相信号调理电路的输入端连接。上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，其特征在于：所述A相功率因数检测电路包括型号为LM339N的比较器芯片U4和型号为SN74F08D的加法器芯片U5，所述比较器芯片U4的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U4的第4引脚、第6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U4的第7引脚通过电阻R41与A相电压传感器的输出连接，所述比较器芯片U4的第5引脚通过电阻R43与A相电流传感器的输出连接；所述加法器芯片U5的第1引脚与比较器芯片U4的第1引脚相接，且通过电阻R42与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片U5的第2引脚与比较器芯片U4的第2引脚相接，且通过电阻R44与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片U5的第3引脚为A相功率因数检测电路的输出端TIMA且与微处理器模块的输入端连接。上述的三相异步电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，其特征在于：包括电压传感器组和电流传感器组，以及微处理器模块(1)和与微处理器模块(1)相接且用于与计算机连接并通信的USB通信模块(11)；所述电压传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电压进行检测的A相电压传感器(2)、用于对三相异步电机的B相输入电压进行检测的B相电压传感器(3)和用于对三相异步电机的C相输入电压进行检测的C相电压传感器(4)，所述A相电压传感器(2)与三相异步电机的A相绕组并联，所述B相电压传感器(3)与三相异步电机的B相绕组并联，所述C相电压传感器(4)与三相异步电机的C相绕组并联，所述电流传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电流进行检测的A相电流传感器(5)、用于对三相异步电机的B相输入电流进行检测的B相电流传感器(6)和用于对三相异步电机的C相输入电流进行检测的C相电流传感器(7)，所述A相电流传感器(5)接在三相异步电机的A相绕组与电源的A相线之间，所述B相电流传感器(6)接在三相异步电机的B相绕组与电源的B相线之间，所述C相电流传感器(7)接在三相异步电机的C相绕组与电源的C相线之间，所述微处理器模块(1)的输入端接有A相功率因数检测电路(12)、B相功率因数检测电路(13)、C相功率因数检测电路(14)、用于对A相电压传感器(2)输出的电压信号和A相电流传感器(5)输出的电流信号进行放大和滤波调理的A相信号调理电路(8)，用于对B相电压传感器(3)输出的电压信号和B相电流传感器(6)输出的电流信号进行放大和滤波调理的B相信号调理电路(9)，以及用于对C相电压传感器(4)输出的电压信号和C相电流传感器(7)输出的电流信号进行放大和滤波调理的C相信号调理电路(10)；所述A相电压传感器(2)的输出端和A相电流传感器(5)的输出端均与A相功率因数检测电路(12)的输入端和A相信号调理电路(8)的输入端连接，所述B相电压传感器(3)的输出端和B相电流传感器(6)的输出端均与B相功率因数检测电路(13)的输入端和B相信号调理电路(9)的输入端连接，所述C相电压传感器(4)的输出端和C相电流传感器(7)的输出端均与C相功率因数检测电路(14)的输入端和C相信号调理电路(10)的输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，其特
征在于：包括电压传感器组和电流传感器组，以及微处理器模块(1)和
与微处理器模块(1)相接且用于与计算机连接并通信的USB通信模块(11)；
所述电压传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电压进行检测的A
相电压传感器(2)、用于对三相异步电机的B相输入电压进行检测的B
相电压传感器(3)和用于对三相异步电机的C相输入电压进行检测的C
相电压传感器(4)，所述A相电压传感器(2)与三相异步电机的A相绕
组并联，所述B相电压传感器(3)与三相异步电机的B相绕组并联，所
述C相电压传感器(4)与三相异步电机的C相绕组并联，所述电流传感
器组包括用于对三相异步电机的A相输入电流进行检测的A相电流传感器
(5)、用于对三相异步电机的B相输入电流进行检测的B相电流传感器
(6)和用于对三相异步电机的C相输入电流进行检测的C相电流传感器
(7)，所述A相电流传感器(5)接在三相异步电机的A相绕组与电源的
A相线之间，所述B相电流传感器(6)接在三相异步电机的B相绕组与电
源的B相线之间，所述C相电流传感器(7)接在三相异步电机的C相绕
组与电源的C相线之间，所述微处理器模块(1)的输入端接有A相功率
因数检测电路(12)、B相功率因数检测电路(13)、C相功率因数检测
电路(14)、用于对A相电压传感器(2)输出的电压信号和A相电流传
感器(5)输出的电流信号进行放大和滤波调理的A相信号调理电路(8)，
用于对B相电压传感器(3)输出的电压信号和B相电流传感器(6)输出
的电流信号进行放大和滤波调理的B相信号调理电路(9)，以及用于对C
相电压传感器(4)输出的电压信号和C相电流传感器(7)输出的电流信
号进行放大和滤波调理的C相信号调理电路(10)；所述A相电压传感器
(2)的输出端和A相电流传感器(5)的输出端均与A相功率因数检测电
路(12)的输入端和A相信号调理电路(8)的输入端连接，所述B相电
压传感器(3)的输出端和B相电流传感器(6)的输出端均与B相功率因

\t数检测电路(13)的输入端和B相信号调理电路(9)的输入端连接，所
述C相电压传感器(4)的输出端和C相电流传感器(7)的输出端均与C
相功率因数检测电路(14)的输入端和C相信号调理电路(10)的输入端
连接。
2.按照权利要求1所述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数
据采集电路，其特征在于：所述A相功率因数检测电路(12)包括型号为
LM339N的比较器芯片U4和型号为SN74F08D的加法器芯片U5，所述比较
器芯片U4的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U4的第
4引脚、第6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U4的第7引脚通
过电阻R41与A相电压传感器(2)的输出连接，所述比较器芯片U4的第
5引脚通过电阻R43与A相电流传感器(5)的输出连接；所述加法器芯片
U5的第1引脚与比较器芯片U4的第1引脚相接，且通过电阻R42与+5V
电源的输出端连接，所述加法器芯片U5的第2引脚与比较器芯片U4的第
2引脚相接，且通过电阻R44与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片
U5的第3引脚为A相功率因数检测电路(12)的输出端TIMA且与微处理
器模块(1)的输入端连接。
3.按照权利要求1所述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数
据采集电路，其特征在于：所述B相功率因数检测电路(13)包括型号为
LM339N的比较器芯片U6和型号为SN74F08D的加法器芯片U7，所述比较
器芯片U6的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U6的第
4引脚、第6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U6的第7引脚通
过电阻R51与B相电压传感器(3)的输出连接，所述比较器芯片U6的第
5引脚通过电阻R53与B相电流传感器(6)的输出连接；所述加法器芯片
U7的第1引脚与比较器芯片U6的第1引脚相接，且通过电阻R52与+5V
电源的输出端连接，所述加法器芯片U7的第2引脚与比较器芯片U6的第
2引脚相接，且通过电阻R54与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片
U7的第3引脚为B相功率因数检测电路(13)的输出端TIMB且与微处理

\t器模块(1)的输入端连接。
4.按照权利要求1所述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数
据采集电路，其特征在于：所述C相功率因数检测电路(14)包括型号为
LM339N的比较器芯片U8和型号为SN74F08D的加法器芯片U9，所述比较
器芯片U8的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U8的第
4引脚、第6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U8的第7引脚通
过电阻R61与C相电压传感器(4)的输出连接，所述比较器芯片U8的第
5引脚通过电阻R63与C相电流传感器(7)的输出连接；所述加法器芯片
U9的第1引脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹现刚，殷玉萍，杨明，靳子浩，任晓梦，张泽鸿，董明，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61